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1 DSC/CEEI/UFCGDSC/CEEI/UFCG �������� � ������ ����� �������� � ���������������������������� ������ ������������������� ����� ������� 2 2004 by Pearson Education2004 by Pearson EducationProfa. Maria Auxiliadora ������� ���� � ��� � ��������� ♦ Conjunto complexo de circuitos eletrônicos. ♦ Executa instruções de programa armazenadas. ♦ Duas partes: – Unidade de controle – Unidade aritmética e lógica (ALU) 3 2004 by Pearson Education2004 by Pearson EducationProfa. Maria Auxiliadora ������� ���� �� � ♦ Direciona o sistema do computador a executar instruções de programa armazenadas. ♦ Deve comunicar-se com a memória e com a ALU. ♦ Envia dados e instruções do armazenamento secundário para a memória, quando necessário. 4 2004 by Pearson Education2004 by Pearson EducationProfa. Maria Auxiliadora ������� � �������� �������� ♦ Executa todas as operações aritméticas e lógicas. ♦ Operações aritméticas: – Adição, subtração, multiplicação, divisão. ♦ Operações lógicas: – Compara números, letras ou caracteres especiais. – Testa uma de três condições: • Condição de igualdade (igual a) • Condição menor que • Condição maior que 5 2004 by Pearson Education2004 by Pearson EducationProfa. Maria Auxiliadora � ���������� ������ ��������� ♦ Dois tipos de armazenamento: – Armazenamento primário (memória): • Armazena dados temporariamente. • A CPU referencia-o tanto para obtenção de instruções de programa como de dados. – Armazenamento secundário: • Armazenamento de longo prazo. • Armazenado em mídia externa; por exemplo, um disco. 6 2004 by Pearson Education2004 by Pearson EducationProfa. Maria Auxiliadora �������������� �� ♦ A CPU não pode processar dados diretamente do disco ou de um dispositivo de entrada: – Primeiramente, eles devem residir na memória. – A unidade de controle recupera dados do disco e transfere-os para a memória. ♦ Itens enviados à CPU para ser processados: – A unidade de controle envia itens à CPU e depois os envia novamente à memória após serem processados. ♦ Dados e instruções permanecem na memória até serem enviados a um dispositivo de saída ou armazenamento, ou o programa ser fechado. 2 7 2004 by Pearson Education2004 by Pearson EducationProfa. Maria Auxiliadora � ������� ���������� ���� � � ♦ Registradores ♦ Memória 8 2004 by Pearson Education2004 by Pearson EducationProfa. Maria Auxiliadora ������ �� �� ♦ Áreas de armazenamento temporário de alta velocidade. – Localizações de armazenamento situadas dentro da CPU. ♦ Funcionam sob direção da unidade de controle: – Recebem, guardam e transferem instruções ou dados. – Controlam onde a próxima instrução a ser executada ou os dados necessários serão armazenados. 9 2004 by Pearson Education2004 by Pearson EducationProfa. Maria Auxiliadora ���� �� ♦ Também conhecida como armazenamento primário e memória principal. – Freqüentemente expressa como memória de acesso aleatório (RAM). – Não faz parte da CPU. ♦ Retém dados e instruções para serem processados. ♦ Armazena informações somente enquanto o programa está em operação. 10 2004 by Pearson Education2004 by Pearson EducationProfa. Maria Auxiliadora � � ����������� �� !��� "#�� ♦ Quatro etapas são executadas para cada instrução: – Ciclo de máquina: a quantidade de tempo necessária para executar uma instrução. – Computadores pessoais executam-nas em menos de um milionésimo de segundo. – Supercomputadores executam-nas em menos de um trilionésimo de segundo. ♦ Cada CPU tem seu próprio conjunto de instruções: – Aquelas instruções as quais a CPU pode entender e executar. 11 2004 by Pearson Education2004 by Pearson EducationProfa. Maria Auxiliadora $���� �� ��% ��� ♦ O tempo necessário para recuperar, executar e armazenar uma operação. ♦ Componentes: – Tempo de instrução (I-time) – Tempo de execução ♦ O clock de sistema sincroniza as operações. 12 2004 by Pearson Education2004 by Pearson EducationProfa. Maria Auxiliadora ♦ Tempo de Instrução – A unidade de controle recebe a instrução da memória e a coloca em um registro. – A unidade de controle decodifica a instrução e determina qual é a localização na memória para os dados necessários. ♦ Tempo de Execução – A unidade de controle transfere dados da memória para registros na ALU (A ALU executa instruções relativas aos dados). – A unidade de controle armazena o resultado da operação na memória ou em um registro. $���� �� ��% ��� 3 13 2004 by Pearson Education2004 by Pearson EducationProfa. Maria Auxiliadora ���� �" �������� �� ♦ Cada localização de memória tem um endereço: – Um número único, como em uma caixa postal. ♦ Pode conter somente uma instrução ou peça de dados: – Quando dados são reescritos na memória, o conteúdo anterior desse endereço é destruído. ♦ Referenciado pelo número: – As linguagens de programação usam um endereço simbólico (nomeado), tal como Horas ou Salário. 14 2004 by Pearson Education2004 by Pearson EducationProfa. Maria Auxiliadora ��� ������"& ������ � ♦ Os computadores entendem duas coisas: ligado e desligado. ♦ Dados são representados na forma binária: – Sistema numérico binário (base 2). – Contém somente 2 dígitos: 0 e 1. • Corresponde a dois estados: ligado e desligado. 15 2004 by Pearson Education2004 by Pearson EducationProfa. Maria Auxiliadora ��� �������� ��� � ♦ Bit – Abreviação de binary digit (dígito binário). – Dois valores possíveis: • 0 e 1 (Nunca pode estar vazio). – Unidade básica para armazenar dados: • (0 significa desligado; 1 significa ligado. ♦ Byte – Um grupo de 8 bits. • Cada byte tem 256 (28) valores possíveis. – Para texto, armazena um caractere: • Pode ser letra, dígito ou caractere especial. – Dispositivos de memória e armazenamento são medidos em número de bytes 16 2004 by Pearson Education2004 by Pearson EducationProfa. Maria Auxiliadora �� �' � ♦ O número de bits que a CPU processa como uma unidade. – Tipicamente, um número inteiro de bytes. – Quanto maior a palavra, mais potente é o computador. – Computadores pessoais tipicamente têm 32 ou 64 bits de extensão de palavras. 17 2004 by Pearson Education2004 by Pearson EducationProfa. Maria Auxiliadora ��������������� ���������� ♦ Kilobyte: 1024 (210) bytes. – Capacidade de memória dos computadores pessoais mais antigos. ♦ Megabyte: aproximadamente, um milhão (220) de bytes. – Memória de computadores pessoais. – Dispositivos de armazenamento portáteis (disquetes, CD-ROMs). ♦ Gigabyte: aproximadamente, um bilhão (230) de bytes. – Dispositivos de armazenamento (discos rígidos). – Memória de mainframes e servidores de rede. ♦ Terabyte: aproximadamente, um trilhão (240) de bytes. – Dispositivos de armazenamento para sistemas muito grandes. 18 2004 by Pearson Education2004 by Pearson EducationProfa. Maria Auxiliadora ��% �������� ��(���"& ♦ Provêem uma maneira comum para representar um caractere de dados. – Necessários para os computadores poderem intercambiar dados. ♦ Esquemas comuns: – ASCII - American Standard Code for Information Interchange – EBCDIC - Extended Binary Coded Decimal Interchange Code (IBM - mainframe) – Unicode • Projetado para acomodar alfabetos com mais de 256 caracteres. • Usa 16 bits para representar um caractere (65.536 valores possíveis). • Exige duas vezes mais espaço para armazenar dados 4 19 2004 by Pearson Education2004 by Pearson EducationProfa. Maria Auxiliadora ��������� ���)������ ♦ Abriga os componentes eletrônicos do sistema de computador: – Placa-mãe (motherboard) • Placa de circuitos plana que contém os circuitos do computador. • A unidade central de processamento (microprocessador) é o componente mais importante. – Dispositivos de armazenamento 20 2004 by Pearson Education2004 by Pearson EducationProfa. Maria Auxiliadora ��� � ������ ♦ Unidade central de processamento impressa em chip de silício. ♦ Contém dezenas de milhões de minúsculos transistores (Comutadores eletrônicos que podem permitir ou não a passagem de correnteelétrica). ♦ Componentes-chave: – Unidade central de processamento. – Registradores. – Clock do sistema. 21 2004 by Pearson Education2004 by Pearson EducationProfa. Maria Auxiliadora ��� �����*��� ♦ A Intel produz uma família de processadores: – Processadores Pentium III e Pentium 4 na maioria dos PCs. – Processador Celeron vendido para PCs de baixo custo. – Xeon e Itanium para estações de trabalho high-end e servidores de rede. ♦ Outros processadores: – A Cyrix e a AMD produzem microprocessadores compatíveis com Intel. – Chips PowerPC são usados principalmente em computadores Macintosh. – O microprocessador Alpha, da Compaq, é usado em servidores high-end. 22 2004 by Pearson Education2004 by Pearson EducationProfa. Maria Auxiliadora � �� �������� ���� �� ♦ Memória semicondutora ♦ RAM - Memória de Acesso Aleatório – Random- Access Memory ♦ ROM - Memória Somente de Leitura – Read- Only Memory ♦ Memória Flash 23 2004 by Pearson Education2004 by Pearson EducationProfa. Maria Auxiliadora ���� �� )���� �� � � ♦ Usada pela maioria dos computadores modernos: – Confiável, barata e compacta. – Volátil: exige corrente elétrica contínua. • Se a corrente for interrompida, os dados se perdem. – Semicondutor Complementar de Óxido de Metal – Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS). • Retém informação quando a energia é desligada. • Usado para armazenar informações necessárias quando o computador é inicializado. 24 2004 by Pearson Education2004 by Pearson EducationProfa. Maria Auxiliadora ���� �� �������� � ���� � ��� ♦ Dados podem ser acessados aleatoriamente: – O endereço de memória 10 pode ser acessado tão rapidamente quanto o endereço de memória 10.000.000. ♦ Tipos: – RAM estática – Static RAM (SRAM) – RAM dinâmica – Dynamic RAM (DRAM) ♦ Empacotada em placas de circuito: – Módulos de memória lineares de via simples (SIMMS). – Módulos de memória lineares de via dupla (DIMMS). 5 25 2004 by Pearson Education2004 by Pearson EducationProfa. Maria Auxiliadora ♦ RAM Estática (SRAM) – Retém seu conteúdo com intervenção da CPU. – Mais rápida e mais cara do que a DRAM. – Tipicamente usada para cache de Nível 2. ♦ RAM Dinâmica (DRAM) – Deve ser continuamente recarregada pela CPU, ou perderá seu conteúdo. – Usada para memória de computadores pessoais. • DRAM síncrona – Synchronous DRAM (SDRAM): o tipo mais rápido de DRAM usado atualmente. • Rambus DRAM (RDRAM): mais rápida do que a SDRAM, tornar-se-á mais comumente usada quando os preços se reduzirem. ���� �� �������� � ���� � ��� 26 2004 by Pearson Education2004 by Pearson EducationProfa. Maria Auxiliadora ���� �� ) ����� ������� � �$� ♦ Contém programas e dados registrados permanentemente na memória pela fábrica. – Não pode ser alterada pelo usuário. – Não-volátil: o conteúdo não desaparecerá quando houver queda de energia. ♦ Chips de ROM programáveis (PROM): – Algumas instruções no chip podem ser alteradas. 27 2004 by Pearson Education2004 by Pearson EducationProfa. Maria Auxiliadora ���� �� + ��* ♦ RAM não-volátil – Usada em telefones celulares, câmeras digitais e computadores manuais (handheld). – Os chips de memória flash assemelham-se aos cartões de crédito. – Menores do que uma unidade de disco e requerem menos energia. 28 2004 by Pearson Education2004 by Pearson EducationProfa. Maria Auxiliadora $�,� ����� -���.�� �)������ ♦ Percursos elétricos paralelos que transportam dados entre a CPU e a memória. – Largura de barramento: • O número de percursos elétricos para transportar dados. • Medida em bits. • Com um tamanho de barramento maior, a CPU pode: – Transferir mais dados simultaneamente: • Torna o computador mais rápido. – Referenciar números de endereço de memória maiores: • Permite mais memória. – Suportar um número e uma variedade maiores de instruções. – Velocidade de Barramento: • Medida em megahertz (MHz). (ex. 400 MHz ou 533 MHz) 29 2004 by Pearson Education2004 by Pearson EducationProfa. Maria Auxiliadora ,� ����� ����������& ♦ Adicione dispositivos periféricos ao sistema: ♦ Placa de expansão – – Conectam-se a slots (encaixes) de expansão ou à placa-mãe. – São usadas para conectar dispositivos periféricos ♦ Porta – Conectores externos para plugar periféricos, como, por exemplo, impressoras. – Dois tipos de portas: • Seriais: transmitem dados à base de um bit a cada vez. • Paralelas: transmitem grupos de bits em conjunto, lado a lado. 30 2004 by Pearson Education2004 by Pearson EducationProfa. Maria Auxiliadora ,� ����� ����������& ��� ���� � �� ♦ Barramento Industry Standard Architecture (ISA): Usado para dispositivos lentos, como o mouse e o modem. ♦ Barramento Peripheral Component Interconnect (PCI): Usado para dispositivos mais rápidos, como discos rígidos. ♦ Accelerated Graphics Port (AGP): Provê desempenho de vídeo mais rápido. ♦ Porta Universal Serial Bus (USB): Permite-lhe converter muitos dispositivos em série para a porta USB. ♦ Barramento IEEE 1394: Um barramento de alta velocidade normalmente usado para conectar equipamentos de vídeo. ♦ Barramento PC Card: Usado em laptops para plugar um dispositivo do tamanho de um cartão de crédito. 6 31 2004 by Pearson Education2004 by Pearson EducationProfa. Maria Auxiliadora /� ����������� ��������� � �� � �� ��� �� ♦ As velocidades de instrução são medidas em segundos: – Milissegundo: um milésimo de segundo. – Microssegundo: um milionésimo de segundo. – Nanossegundo: um bilionésimo de segundo. – Picossegundo: um trilionésimo de segundo. 32 2004 by Pearson Education2004 by Pearson EducationProfa. Maria Auxiliadora /� �������� ����� � ���� �� ♦ Medida da velocidade de clock do sistema: – Quantos pulsos eletrônicos o clock produz por segundo. – Usualmente, expressa em gigahertz (GHz). • Billhões de ciclos de máquina por segundo. • Alguns PCs antigos mediam em megahertz (MHz). ♦ Uma comparação de velocidades de clock somente é significativa entre microprocessadores idênticos. 33 2004 by Pearson Education2004 by Pearson EducationProfa. Maria Auxiliadora $ � ������������ ��������* ♦ MIPS – Um Milhão de Instruções por Segundo. – Computadores pessoais de alta velocidade podem executar mais de 500 MIPS. – Tipicamente, uma medida de desempenho mais acurada do que a velocidade de clock. ♦ Megaflop – um milhão de operações em ponto flutuante por segundo. – Mede a capacidade do computador para executar operações matemáticas complexas. 34 2004 by Pearson Education2004 by Pearson EducationProfa. Maria Auxiliadora ���� �� ���*� ♦ Uma área de armazenamento temporário: – Agiliza a transferência de dados dentro do computador. ♦ Um pequeno bloco de memória de alta velocidade: – Armazena os dados e as instruções usados com mais freqüência e mais recentemente. ♦ O microprocessador procura primeiramente na cache os dados de que necessita: – Transferidos da cache muito mais rapidamente do que da memória. – Se não estiverem na cache, a unidade de controle recupera-os da memória. 35 2004 by Pearson Education2004 by Pearson EducationProfa. Maria Auxiliadora ���*������ ������ ♦ Cache interna (Nível 1) embutida no microprocessador. – Acesso mais rápido, porém custo mais elevado. ♦ Cache externa (Nível 2) em um chip separado. – Incorporada ao processador e alguns microprocessadores atuais. 36 2004 by Pearson Education2004 by Pearson EducationProfa. Maria Auxiliadora ���� ����� ��� ������ �� ♦ Computação com um Conjunto Complexo de Instruções – Traditional processors use Complex Instruction Set Computing (CISC) ♦ Computação com um Conjunto Reduzido de Instruções – Reduced Instruction Set Computing (RISC) – Usa um pequeno subconjunto de instruções. – Um menor número de instruções aumenta a velocidade. – Inconveniente: operações complexas têm de ser divididas em uma série de instruções de tamanho menor. 7 37 2004 by Pearson Education2004 by Pearson EducationProfa. Maria Auxiliadora � ��������� �� � � ������ ����� ♦ Pipelining – Uma variação doprocessamento serial tradicional. ♦ Processamento Paralelo – Que usa múltiplos processadores simultaneamente 38 2004 by Pearson Education2004 by Pearson EducationProfa. Maria Auxiliadora ���� ����� ♦ Introduz uma nova instrução na CPU a cada etapa do ciclo de máquina. – A instrução 2 é captada quando a instrução 1 é decodificada, em vez de esperar até que o ciclo se complete. 39 2004 by Pearson Education2004 by Pearson EducationProfa. Maria Auxiliadora � ��������� �� � � ♦ O processador de controle divide o problema em partes: – Cada parte é enviada a um processador distinto. – Cada processador tem sua própria memória. – O processador de controle monta os resultados. ♦ Alguns computadores que usam processamento paralelo operam em termos de teraflops: trilhões de instruções com ponto flutuante por segundo.
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